Файл: Академический Конкурс Васюков Д.В. 30.01.2013.doc

3. Собственные исследования

3.1 Лабораторная установка для определения угла естественного откоса семени амаранта.

Углом естественного откоса считают угол между плоскостью естественного откоса семян и горизонтальной плоскостью. Для определения угла естественного откоса нами была разработана лабораторная установка (рис.3.1.).

Рис. 3.1. Лабораторная установка для определения

угла естественного откоса:

1-войлочный коврик, 2-магнитный штатив ШППН – 250 ГОСТ 10197 – 70, 3-стеклянная воронка объёмом 500 мл.л., 4-угломер с нониусом тип УН. нар 0-180º.вн. 40 - 180º, ГОСТ 5378 – 66, 5-мерный сосуд объёмом 1 литр

Преимущество лабораторной установки над рассмотренными в обзоре литературных источников в том, что элементами лабораторной установки являются стандартные гостированные инструменты и принадлежности. Лабораторная установка состоит из следующих элементов: 1-войлочный коврик, 2-магнитный штатив ШППН – 250 ГОСТ 10197 – 70, 3-стеклянная воронка объёмом 500 мл.л., 4-угломер с нониусом тип УН. нар 0-180º.вн. 40 - 180º, ГОСТ 5378 – 66, 5-мерный сосуд объёмом 1 литр.

3.1.1 Методика измерения угла естественного откоса.

Методика измерения угла естественного откоса следующая. На горизонтальную поверхность стола покрытого войлочным ковриком 1, предварительно под коврик помещена стальная пластина с размерами 500×400 мм, устанавливается магнитный штатив 2, в горизонтальный захват штатива закрепляется стеклянная и ориентируется с помощью уголка в перпендикулярном направлении к плоскости стола, к опоре магнитного штатива примагничивался универсальный угломер 4 неподвижной лапкой с углом 90º, подвижной измерительной лапкой к штуцеру воронки 3.

Через воронку 3 равномерным потоком высыпалось определенное количество семян (массой 500 граммов), при этом образовывался конус правильной формы (см. рис. 3.2). Затем при помощи механизмов управления угломером подводили подвижную измерительную лапку к образующей конуса и фиксировали её. Нониус угломера покажет на шкале величину угла естественного откоса. Опыт проводится в десятикратной повторности.

3.2 Лабораторная установка для определения коэффициентов трения по различным материалам.

---

Коэффициенты трения семян по поверхностям, изготовленным из стали, алюминия и других материалов контактирующих с семенным материалом в покое, так и в движении определялись на лабораторной установке (рис. 3.3) конструкции Р.Л. Зенкова [1] с усовершенствованным элементом конструкции механизма создания нагрузки, позволяющим зафиксировать коэффициенты трения более точно.

Рис. 3.2. Измерение угла естественного откоса:

1- угломер с нониусом тип УН. нар 0-180º.вн. 40 - 180º, ГОСТ 5378 – 66, 2- воронка объёмом 500 мл.л., 3-конус семенного материала, 4- магнитный штатив ШППН – 250 ГОСТ 10197 – 70

Она состоит из желоба 1, заполняемого семенами амаранта, и подвижной рамки 4. Рамка 4 катками на подшипниках 6 опирается на направляющие 3 и соединена не с грузовой чашкой как в конструкции Р.Л. Зенкова, а с ёмкостью 9 для жидкости (например воды), что обеспечивает не шаговое нагружение, а плавное, троса 7, перекинутого через блок 8. Образец в рамке 4 уплотняется при помощи прижимной пластины с грузами 5. Поверхность сдвига в желобе 1 может меняться при установке пластины 2 (исследуемый сыпучий груз: сталь, алюминий, полимер). Шероховатость поверхности пластины (образцов) соответствует шероховатости поверхности элементов конструкции рабочей секции контактирующих с семенами.

Рис.3.3. Схема установки для определения коэффициента трения:

1- желоб, 2-пластина, 3- направляющие, 4-рамка, 5-груз, 6-подшипники, 7-трос, 8-блок,

9-емкость для жидкости, 10-сосуд с жидкостью

Рис.3.4. Фото лабораторной установки для определения коэффициента трения

Испытания каждого образца на сдвиг состояло из 2-х стадий: 1 стадия – подготовка образца – его уплотнение нагрузкой Р_Т= 5, 10, 15, 20 кПа; 2-я – нагружение емкости жидкостью до сдвига рамки на 5…10 мм.

---

3.2.1 Методика определения коэффициентов трения по различным материалам.

На первой стадии в рамку засыпались семена амаранта, и сверху на них укладывалась пластина с грузом. Для более равномерного уплотнения под действием вертикальной нагрузки рамке сообщалось несколько (до 10) возвратно-поступательных движений небольшой амплитуды. Уплотнение продолжалось в течение 1ч, что соответствует условной стабилизации вертикальной деформации [1].

Испытание на сдвиг (2-я стадия) производится при меньшей вертикальной нагрузке, чем при уплотнении. Согласно [2], рекомендуется принимать нагрузку при срезе в размере ⅓Р_Т и ⅔Р_Т. При этом необходимо следить, чтобы между нижней кромкой рамки и грузом в желобе оставался зазор 0,5…2 мм.

Сдвигающее усилие создается медленным наливом жидкости ( например воды) из сосуда 10 в ёмкость 9 плавно увеличивая массу до тех пор, пока перемещение подвижной рамки не достигнет величины 5 мм или полного среза образца, в момент сдвига налив воды прекратить. Зависимость касательных (сдвигающих) напряжений τ от нормальных (вертикальных) σ подчиняется закону Кулона:

(3.1)

где tg φ = f – тангенс угла внутреннего трения или коэффициент внутреннего трения;

с – удельное сцепление между частицами, Па.

Значение коэффициента трения определялось по формуле:

(3.2)

где τ_i–касательное напряжения сдвига при Р_Тi , Па;

σ_i – нормальное напряжения сдвига при Р_Тi , Па.

Касательное напряжение в плоскости сдвига рассчитывали по формуле:

(3.3)

где Т – вес емкости вместе с жидкостью при сдвиге, Н;

S_p – площадь поперечного сечения подвижной рамки, м².

Нормальное напряжение в плоскости сдвига определяли:

(3.4)

где G₁, G₂, G₃ – соответственно вес материала в рамке, прижимной пластины и уплотняющих грузов, Н.

---

После расчета коэффициента трения по формуле 3.1 определяли среднее его значение.

3.3 Лабораторная установка по определению усилия повреждения семян

При создании высевающих устройств, одним из условий их нормальной работоспособности является показатели повреждающего воздействия на семенной материал. Зачастую бывает активно двигающиеся рабочие органы повреждающие дорогостоящий семенной материал с определенной долей процента. Согласно ГОСТа небольшая доля повреждения допускается (2%), а при проектировании высевающих машин точного посева недопустима. Поэтому при проектировании элементов конструкции контактирующих с семенным материалом необходимо руководство физико-механическими свойствами семенного материала, а именно усилие при котором семечко повреждается.

В лабораторных исследованиях усилие повреждения зерна амаранта метельчатого определяли с помощью разработанной лабораторной установки (рис.3.1., рис.3.2.) и методики. Лабораторная работает следующим образом. Между двух стекол толщиной 5 мм нижним 3 и верхним 2 помещалось семя амаранта 1 в заранее нанесенное перекрестие маркером. Стекла соприкасались с левого торца, расстояние до прижатого семени замерялось. Сверху на верхнее стекло устанавливался сосуд 6 центром на перекрестие. Штатив устанавливали на нижнее стекло, а индикатор часового типа наконечником на линию симметрии приложения силы. В сосуд 6 медленно наливали воду из емкости 5. Упругое сжатие семени наблюли по отклонению стрелки индикатора 8.

Рис 3.5. Схема лабораторной установки повреждения семени амаранта

1-Семя амаранта; 2-Верхнее стекло; 3-Нижнее стекло; 4-Штатив; 5-Емкость; 6-Сосуд;

7-Жидкость (вода); 8-Индикатор ИЧ 0-10мм ГОСТ 577-66.

Рис. 3.6. Лабораторная установка повреждения семени амаранта

Семя повреждалось при характерном щелчке и резком падении стрелки индикатора 8. Подачу воды прекращали. Сосуд 6 с водой и стекло 2 завешивали и значение записывали в таблицу опытов.

---

3.3.1. Методика исследования усилия повреждения семени амаранта метельчатого

Методика проведения опыта. Установить опорное стекло (3) на стол. В заранее расчерченное перекрестие на стекле уложить семя амаранта. Диаметр семени амаранта измерить и записать в таблицу опытов. Завесить массу верхнего стекла (2) и массу сосуда (6). Записать в таблицу опытов. Накрыть верхнем стеклом семя амаранта, одним краем совместив с верхнем стеклом, как показано на схеме. Установить сосуд (6) на верхнее стекло, сориентировав перекрестие на дне с семенем амаранта. Установить магнитный штатив по правому торцу нижнего стекла и закрепить индикатор часового типа в положении плоскости проходящей через одну из осей симметрии перекрестия. Установить нулевое положение стрелки индикатора. Из емкости (5) медленно вливать в сосуд (6) воду. Наблюдать за упругой деформацией семени по стрелке индикатора. Семя повреждено. При характерном щелчке прекратить подачу воды в сосуд (6) Сосуд с водой переместить на весы и произвести замер массы. Значение записать в таблицу опытов. Опыт провести 24 раза для чистоты эксперимента.

3.4 Результаты исследований физико-механических характеристик семени амаранта метельчатого .

Результаты экспериментальных исследований угла естественного откоса амаранта метельчатого приведены в табл. 3.1..

Таблица 3.1

Результаты экспериментов исследований угла естественного откоса

№	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
φ	23°30'	22°32'	24°44'	24°30'	22°50'	23°31'	23°32'	22°32'	24°20'	23°60'

Угол естественного откоса семени амаранта метельчатого составляет 23°32', что позволяет отнести семена амаранта к материалам с хорошей сыпучестью.

---